一种利用废旧泡沫的改性沥青基灌封剂及制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用废旧泡沫的改性沥青基灌封剂及制备方法。该灌封剂中含有重交沥青、聚苯乙烯树脂颗粒、表面活性剂、增塑剂、改性剂、消泡剂、填料和水；其中聚苯乙烯树脂颗粒是利用废弃的废聚苯乙烯泡沫塑料制品制得；该灌封剂的外观为均匀灰黑色液体，pH值9～10、固含量75%～85%、残留物软化点≥78℃、残留物针入度39～80dmm、表干后流动值3～8mm、弹性回复率46%～66%、粘结强度≥0.4MPa、0.3MPa不渗水、低温-10℃～-20℃拉伸50%时试样3周不断裂；既可采用冷灌封，又可采用现场加热方式进行热灌封，灌封剂存储稳定性为12个月。本发明生产成本低廉，制备工艺简单，原料易得。
【专利说明】一种利用废旧泡沬的改性沥青基灌封剂及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于道路建筑材料【技术领域】，具体涉及用于浙青路面、水泥混凝土路面的裂缝、接缝灌封修补等的灌封剂。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，资源缺乏日益突出，废旧材料的再生、再用十分重要。在各种塑料中，聚苯乙烯(PS)及发泡级聚苯乙烯(FPS)广泛应用，近几年，全球每年消费聚苯乙烯超过1000万吨，并呈逐年上升趋势。令人担忧的是这类废旧品在自然条件下即使200年不降解，现在的聚苯乙烯可以对几代乃至十几代人的生存环境产生影响，已经造成严重的“白色污染”，导致生态环境日益恶化。对此，世界各地致力于其替代品的研究，由于替代品存在成本高，性能指标达不到要求等问题难于广泛适用。如何将废旧聚苯乙烯合理的回收利用，一直是科技工作者关注的焦点。
[0003]截至2010年我国公路通车总里程为400.82万公路，其中高速公路里程为7.41万公路，超载和重载、我国严峻的气候条件等因素使得道路路用性能进一步恶化。相比国外，我国道路的预防性养护和正常维修养护任务更严重、更迫切，同时对养护新技术和养护新材料提出更高的技术要求。预防性养护养护重点是路面的及时灌封，阻止路面上水渗透路基，造成整个路面结构破坏，给国家带来巨大的财产损失。目前浙青路面的灌封材料主要有:热浙青、乳化浙青、硅酮、聚氨酯等。采用普通热浙青灌封时，普通热浙青在高温情况下，软化点低易出现泛油及被车辆带走的现象，低温时浙青又会变脆，易脱落；而采用改性热浙青由于改性浙青的粘度大流淌渗透性能差灌入路面裂缝的浙青非常少，所以当路面裂缝低温扩张时极易开裂，修补使用寿命短。液体浙青(乳化)中掺加了溶剂，使浙青的低温流动性渗透性能得到改善，但是高温稳定性弹性恢复性能降低，在夏季高温时容易溢出被车辆带走对路面污染，冬季低温时易拉开。硅酮灌封剂优点是:储存时间长、力学强度适中；缺点是:固化时间长、有明显的刺激性气味、对浙青混凝土的粘结性能差、渗透性差且价格昂贵，不适应公路养护的大规模使用。聚氨酯灌封剂具有高触变性，立面和顶部施工不流淌、具有高的拉伸强度、优良的`弹性、耐候性好，耐油性能优良，耐生物老化，价格适中等优点。但是其不能长期耐热，单组份剂贮存稳定性受包装及外界影响较大，通常固化较慢、高温环境下可能产生气泡和裂纹，同时聚氨酯密封剂耐水性也较差，特别是耐碱水性欠佳，这也影响聚氨酯密封剂在路面养护中的使用。因此具有高渗透性、良好的高温稳定性、低温抗裂性、良好的弹性恢复、价格低廉的灌封剂的研制和生产也日益突出。中国专利号(CN200410010907.2)高性能道路路面灌缝材料及生产工艺；具体工艺包括:将改性浙青加热到130-150°C，加入4-10重量份数的芳烃类油，由搅拌装置搅拌，搅拌同时加入15-25重量份数的橡剂粉和3-8重量份数的增塑剂一起搅拌均匀，搅拌时保证温度不低于130°C。该发明材料的积极效果在于:材料的低温延度(5°C)大于60厘米，针入度指数PI为4.0-7.0，当量软化点可达60-85°C，当量脆点达到-60~-100°C，弹性恢复可达98-100%。该发明橡剂粉在浙青中存储稳定性差，易出现分层离析；进行路面灌封施工时需要对灌封剂进行加热前粘滞度大，不利于快速施工修补；橡剂粉掺量过多时，低温抗裂性较差。中国专利号(CN201310132488.9)—种拼梁结构灌封剂及其制备和使用方法:是一种高性能双组份环氧树脂剂粘剂，由环氧树脂、活性稀释剂、胺类固化剂、增韧剂、促进剂以及高性能助剂组成。其中，按重量百分比计:环氧树脂50~70% ;活性稀释剂O~30% ;胺类固化剂15~50% ;±曾韧剂O~20% ;促进剂O~5% ;偶联剂O~5% ;高性能助剂O~5%。此发明的缺点是:采用的稀释剂和胺类固化剂所占比例较高，有害气体排放较大，对生产人员和现场施工人员的身体损害大，同时配方采用环氧树脂难固化且价格昂贵。将废旧聚苯乙烯应用于路面灌封材料的研究和专利几乎空白。
【发明内容】
[0004]一方面，为了使废旧聚苯乙烯合理的回收利用，另一方面,为了解决路面灌缝材料存在的上述问题，本发明提供一种利用废旧泡沫的改性浙青基灌封剂及制备方法。
[0005]本发明利用废旧聚乙烯本身具有高分子链、耐腐蚀、强度高的特点，将其合理的乳化、改性后与重交浙青溶合后形成性能优良的液体灌封材料。
[0006]具体的技术解决方案如下:
一种利用废旧泡沫的改性浙青基灌封剂中含有60%~75%重交浙青、4%~8%聚苯乙烯树脂颗粒、3%~6%表面活性剂、0.8%~1.2%增塑剂、0.5~1.2%改性剂、0.1%~0.2%消泡剂、0.5%~1%填料和18%~30%水；所述聚苯乙烯树脂颗粒是利用废弃的废聚苯乙烯泡沫塑料制品制得；所述改性浙青基灌封剂的外观为均匀灰黑色液体，PH值9~10、固含量75%~85%、残留物软化点≥78°C、残留物针入度39~80dmm、表干后流动值3~8mm、弹性回复率46%~66%、粘结强度≥0.4Mpa、0.3Mpa不渗水、低温-10°C~-20°C拉伸50%时试样3周不断裂；可以采用冷灌封，如需加快表干时间，可采用现场加热方式，加热温度不超过80°C ;灌封剂存储稳定性为12个月。
[0007]所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、烷基酚与环氧乙烷缩合物(0P-10)、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠、十二醇硫酸钠硬脂酸钠的一种或一种以上的混合物。
[0008]所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸酯类或双萜烯或环氧大豆油酸辛酷或烷基苯横酸酷。
[0009]所述填料为轻质的碳酸钙或钛白粉或氧化锌。
[0010]所述改性剂是酚醛树脂、松香、异氰酸醋、丙烯酸丁酯中的一种或一种以上的混合物；所述消泡剂是磷酸三丁酯。
[0011]利用废旧泡沫的制备改性浙青基灌封剂的具体操作步骤如下:
(1)将废聚苯乙烯泡沫塑料除尘，去除杂质，水洗干燥，并破碎成聚苯乙烯树脂颗粒；
(2)将重交浙青加热到140°C~150°C,加入聚苯乙烯树脂颗粒,并低速搅拌30min,得到热熔混合物；
(3)将热熔混合物在145°C~155°C烘箱中恒温培育1.5h，使聚苯乙烯充分溶胀；
(4)对溶胀的热熔混合物进行高速剪切，使聚苯乙烯高分子能充分舒展、溶解、均匀；随后在温度145°C~155°C条件下培育lh，得到高分子聚合物混合浙青；
(5)将改性剂、表面活性剂和水按照质量分数在混容器中快速混合均匀，形成温度70°C~75°C皂液；将温度135°C~140°C的高分子聚合物混合浙青加入皂液中，在研磨机中进行剪切、碾磨，冷却到温度65°C~65°C，得到初配混合液；
(6)在初配混合液中依次加入填料、增塑剂和消泡剂，快速搅拌20min，降至室温，即得改性浙青基灌封剂；所述改性浙青基灌封剂的外观为均匀灰黑色液体，PH值9~10、固含量72%~80%、残留物软化点≥78°C、残留物针入度39~80dmm、表干后流动值3~8mm、弹性回复率46%~66%、粘结强度≥0.4MPa、0.3MPa不渗水、低温-10°C~-20°C拉伸50%时试样3周不断裂；可以采用冷灌封，如需加快表干时间，可采用现场加热方式，加热温度不超过60°C ;灌封剂存储稳定性为12个月。
[0012]所述聚苯乙烯树脂颗粒的体积为I~1.5 Cm 3。
[0013]本发明的有益技术效果体现在以下方面:
1.配方的选择和作用机理:
1).表面活性剂乳液是聚合物微粒在水中的分散体，能降低油-水界面张力，通过高速搅拌便于油分散，并能在液滴表面形成保护层，防止凝聚，使体系趋于稳定，因此其性质和用量对反应速度、分散体系的稳定性及产品的性能都有直接关系。本发明采用的表明活性剂，既利用阴离子表面活性剂乳液的机械稳定性，又利用非离子表面活性剂乳液辅助乳液化学稳定性。本发明采用的复配表面活性剂具有较好的乳化、润湿、分散、抗静电、抗硬水性能；
2).表面活性剂的质量分数的选择。表明活性剂质量数越大，形成的剂束愈多，所能稳定的表面积也越大，乳液体系越稳定；表明活性剂质量数愈少，剂粒数愈少，剂粒体积也越大，乳液不稳定。本发明综合乳液稳定性、制备的灌封剂的破乳时间、灌封剂的粘度，通过室外试验确定表面活性剂的质量分数；
3).增塑剂通常是高沸点、低挥发、对热和化学试剂都很稳定的有机化合物，与聚合物应有一定的相容性。增塑剂的加入可减弱大分子链间的相互吸引力，使大分子间距离增大，分子链的运动比较容易，从而降低了聚合物的玻璃化温度，使其在低温下表现出高弹态。经过增塑的聚合物，其脆性、硬度降低；而耐寒性、柔韧性、抗冲击强度、伸长率提高。本发明确定的增塑剂与聚合乙烯有良好的相容性，且能有效的改善灌封剂的粘附力、延展性；
4).填料选择和作用机理。因聚苯乙烯分子中没有亲水基团，吸水率低，因而其具有良好的防水性能，但其耐热性差，加入填料不仅可以降低灌封剂的成本，增加灌封剂的稳定性和耐磨性；
5).改性剂选择和作用机理。聚苯乙烯分子结构中不含活性基团，属非极性物质，且苯环的存在会产生空间位阻，降低聚苯乙烯高分子链的柔顺性，妨碍分子的扩散，使得以聚苯乙烯单独作为成膜物质附着力差，膜层易于脱落。因此，在制备灌封剂时必须对其进行改性，以增强涂层附着力。对聚苯乙烯的改性是通过化学接枝反应来完成的，即在聚苯乙烯的分子来上引入极性官能团，提高聚苯乙烯的极性。聚苯乙烯分子结构中苯环所对应苄基位上的H较活泼，易受到引发剂分解所产生活性自由基的攻击，脱氢产生大分子自由基，该自由基引发共聚合反应，从而在聚苯乙烯分子链上形成一些含羧基、酯基等极性基团的侧链。本发明确定的改性剂选择和用量 在考虑灌封剂成本基础上、能有效对聚苯乙烯进行枝节，提高其粘结性能和成膜性能。[0014]2.将废旧泡沫充分利用
本发明以废聚苯乙烯泡沫塑料和道路重交浙青为原料，生产成本低廉，制备工艺简单，原料易得，易于工业化，是废聚苯乙烯泡沫塑料回收利用的有效途径，能变废为宝，节约能源，消除白色污染具有广阔的应用前景。本发明制备灌封剂具有防腐性能好、存储时间长、粘附力大、弹性收缩能力增加、抗冲击力强等特点。
【具体实施方式】
[0015]以下结合实施例，对本发明作进一步地说明。
[0016]主要设备有:破碎系统、混融器、剂体磨、温控系统、计量系统、加热系统。
[0017]实施例1 组分:按照质量百分比计，72%SK70重交浙青，6%聚苯乙烯树脂颗粒，2%十二烷基苯磺酸钠+3.4%0P-10 (表面活性剂)，1.2%邻苯二甲酸二丁酯(增塑剂)，0.8%丙烯酸丁酯(改性剂)，0.8%轻质的碳酸钙(填料)，0.1%磷酸三丁酯(消泡剂)，13.7 %水。
[0018]制备方法:
(1)将废聚苯乙烯泡沫塑料除尘，去除杂质，水洗干燥，并破碎成聚苯乙烯树脂颗粒，聚苯乙烯树脂颗粒的体积为I~1.5 cm 3 ;
(2)将重交浙青加热到150°C,加入聚苯乙烯树脂颗粒，并低速搅拌30min,热熔混合
物；
(3)将热熔混合物在150°C烘箱中恒温培育1.5h，使聚苯乙烯充分溶胀；
(4)对溶胀的热熔混合物进行高速剪切，使聚苯乙烯高分子能充分舒展、溶解、均匀；随后在温度155°C条件下培育lh，得到高分子聚合物混合浙青；
(5)将改性剂、表面活性剂和水按照质量分数在混容器中快速混合均匀，形成温度75°C皂液；将温度140°C的高分子聚合物混合浙青加入皂液中，在研磨机中进行剪切、碾磨，冷却到温度65°C，得到初配混合液；
(6)在初配混合液中依次加入填料、增塑剂和消泡剂，快速搅拌20min，降至室温，即得粘稠状的改性浙青基灌封剂。
[0019]按《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》(JTG E20-2011)、《润滑脂和石油脂锥入度测定法》(GB/T269— 1991)、ASTM标准(D5329-04、D1190-97)对改性浙青基灌封剂进行试验检测。
[0020]所述改性浙青基灌封剂的外观为均匀灰黑色液体，PH值9、固含量83.8%、残留物软化点87.5°C、残留物针入度39.4dmm、表干后流动值3.7mm、弹性回复率46.3%、粘结强度
0.48MPa、0.3MPa不渗水、低温_10°C拉伸50%时试样3周不断裂；可以采用冷灌封，如需加快表干时间，可采用现场加热方式，加热温度不超过80°C;灌封剂存储稳定性为12个月。适用于炎热气候炎热条件。
[0021]实施例2
组分:按照质量百分比计，69%SK70重交浙青、4%聚苯乙烯树脂颗粒、2%十二烷基苯磺酸钠和3%烷基酚与环氧乙烷缩合物0P-10 (表面活性剂)、0.9%邻苯二甲酸二丁酯(增塑剂)、0.8%丙烯酸丁酯(改性剂)、0.7%轻质的碳酸钙(填料)、0.1%磷酸三丁酯(消泡剂)、19.5%水。[0022]制备方法:
(1)将废聚苯乙烯泡沫塑料除尘，去除杂质，水洗干燥，并破碎成聚苯乙烯树脂颗粒，聚苯乙烯树脂颗粒的体积为I~1.5 cm 3 ;
(2)将SK70重交浙青加热到150°C,加入聚苯乙烯树脂颗粒,并低速搅拌30min,得到热熔混合物；
(3)将热熔混合物在145°C烘箱中恒温培育1.5h，使聚苯乙烯充分溶胀；
(4)对溶胀的热熔混合物进行高速剪切，使聚苯乙烯高分子能充分舒展、溶解、均匀；随后在温度150°C条件下培育lh，得到高分子聚合物混合浙青；
(5)将改性剂、表面活性剂和水按照质量分数在混容器中快速混合均匀，形成温度70°C皂液；将温度140°C的高分子聚合物混合浙青加入皂液中，在研磨机中进行剪切、碾磨，冷却到温度65°C，得到初配混合液；
(6)在初配混合液中依次加入填料、增塑剂和消泡剂，快速搅拌20min，降至室温，即得粘稠状的改性浙青基灌封剂。
[0023]按《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》(JTG E20-2011)、ASTM标准(D5329-04、Dl 190-97 )对改性浙青基灌封剂进行试验检测。
[0024]所述改性浙青基灌封剂的外观为均匀灰黑色液体，PH值10、固含量79.3%、残留物软化点80.3°C、残留物针入度57.2dmm、表干后流动值5.1mm、弹性回复率50.3%、粘结强度
0.41MPa、0.3MPa不渗水、低温_15°C拉伸50%时试样3周不断裂；可以采用冷灌封，如需加快表干时间，可采用现场加热方式，加热温度不超过80°C;灌封剂存储稳定性为12个月。适用于普通气候条件。
[0025]实施例3
组分:按照质量百分比计，65%中海油100号重交浙青，5%聚苯乙烯树脂颗粒，2%十二烷基苯磺酸钠和2.2%0P-10 (表面活性剂)，1.2%邻苯二甲酸二丁酯(增塑剂)，0.8%异氰酸醋+0.5%酚醛树脂(改性剂)，0.6%氧化锌(填料)，0.1%磷酸三丁酯(消泡剂)，22.5 %水。
[0026]制备方法:
(1)将废聚苯乙烯泡沫塑料除尘，去除杂质，水洗干燥，并破碎成聚苯乙烯树脂颗粒，聚苯乙烯树脂颗粒的体积为I~1.5 cm 3 ;
(2)将SK70重交浙青加热到145°C，加入聚苯乙烯树脂颗粒，并低速搅拌30min，得热熔混合物；
(3)将热熔混合物在145°C烘箱中恒温培育1.5h，使聚苯乙烯充分溶胀；
(4)对溶胀的热熔混合物进行高速剪切，使聚苯乙烯高分子能充分舒展、溶解、均匀；随后在温度145°C条件下培育lh，得到高分子聚合物混合浙青；
(5)将改性剂、表面活性剂和水按照质量分数在混容器中快速混合均匀，形成温度70°C皂液；将温度135°C的高分子聚合物混合浙青加入皂液中，在研磨机中进行剪切、碾磨，冷却到温度65°C，得到初配混合液；
(6)在初配混合液中依次加入填料、 增塑剂和消泡剂，快速搅拌20min，降至室温，即得粘稠状的改性浙青基灌封剂。
[0027]按《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》(JTG E20-2011)、《润滑脂和石油脂锥入度测定法》(GB/T269— 1991)、ASTM标准(D5329-04、D1190-97)对改性浙青基灌封剂进行试验检测。
[0028]所述改性浙青基灌封剂的外观为均匀灰黑色液体，PH值10、固含量76.1%、残留物软化点78.4°C、残留物针入度80.2dmm、表干后流动值5.1mm、弹性回复率66.3%、粘结强度
0.42MPa、0.3MPa不渗水、低温_20°C拉伸50%时试样3周不断裂；可以采用冷灌封，如需加快表干时间，可采用现场加热方式，加热温度不超过80°C ;灌封剂存储稳定性为12个月，适用于寒 冷气候条件。
【权利要求】
1.一种利用废旧泡沫的改性浙青基灌封剂，其特征在于:所述改性浙青基灌封剂中含有60%~75%重交浙青、4%~8%聚苯乙烯树脂颗粒、3%~6%表面活性剂、0.8%~1.2%增塑剂、0.5~1.2%改性剂、0.1%~0.2%消泡剂、0.5%~1%填料和18%~30%水；所述聚苯乙烯树脂颗粒是利用废弃的废聚苯乙烯泡沫塑料制品制得；所述改性浙青基灌封剂的外观为均匀灰黑色液体，PH值9~10、固含量75%~85%、残留物软化点> 78°C、残留物针入度39~80dmm、表干后流动值3~8mm、弹性回复率46%~66%、粘结强度≥0.4MPa、0.3MPa不渗水、低温-1(TC~-20 V拉伸50%时试样3周不断裂；可以采用冷灌封，如需加快表干时间，可采用现场加热方式，加热温度不超过80°C ;灌封剂存储稳定性为12个月。
2.根据权利要求1所述一种利用废旧泡沫的改性浙青基灌封剂，其特征在于:表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、烷基酚与环氧乙烷缩合物(OP-10)、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠、十二醇硫酸钠硬脂酸钠的一种或一种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述一种利用废旧泡沫的改性浙青基灌封剂，其特征在于:增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸酯类或双萜烯或环氧大豆油酸辛酯或烷基苯磺酸酯。
4.根据权利要求1所述一种利用废旧泡沫的改性浙青基灌封剂，其特征在于:填料为轻质的碳酸钙或钛白粉或氧化锌。
5.根据权利要求1所述一种利用废旧泡沫的改性浙青基灌封剂，其特征在于:改性剂是酚醛树脂、松香、异氰酸醋、丙烯酸丁酯中的一种或一种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述一种利用废旧泡沫的改性浙青基灌封剂，其特征在于消泡剂是磷酸三丁酯。
7.如权利要求1所述一种利用废旧泡沫的改性浙青基灌封剂的制备方法，其特征在于具体制备操作步骤如下: (1)将废聚苯乙烯泡沫塑料除尘，去除杂质，水洗干燥，并破碎成聚苯乙烯树脂颗粒； (2)将重交浙青加热到140°C~150°C,加入聚苯乙烯树脂颗粒,并低速搅拌30min,得到热熔混合物； (3)将热熔混合物在145°C~155°C烘箱中恒温培育1.5h，使聚苯乙烯充分溶胀； (4)对溶胀的热熔混合物进行高速剪切，使聚苯乙烯高分子能充分舒展、溶解、均匀；随后在温度145°C~155°C条件下培育lh，得到高分子聚合物混合浙青； (5)将改性剂、表面活性剂和水按照质量分数在混容器中快速混合均匀，形成温度70°C~75°C皂液；将温度135°C~140°C的高分子聚合物混合浙青加入皂液中，在研磨机中进行剪切、碾磨，冷却到温度65°C~65°C，得到初配混合液； (6)在初配混合液中依次加入填料、增塑剂和消泡剂，快速搅拌20min，降至室温，即得改性浙青基灌封剂；所述改性浙青基灌封剂的外观为均匀灰黑色液体，PH值9~10、固含量72%~80%、残留物软化点≥78°C、残留物针入度39~80dmm、表干后流动值3~8mm、弹性回复率46%~66%、粘结强度≥0.4MPa、0.3MPa不渗水、低温-10°C~_20°C拉伸50%时试样3周不断裂；可以采用冷灌封，如需加快表干时间，可采用现场加热方式，加热温度不超过60°C ;灌封剂存储稳定性为12个月。
8.根据权利要求7所述一种利用废旧泡沫的改性浙青基灌封剂的制备方法，其特征在于:所述聚苯乙烯树脂颗粒的体积为I~1.5 cm 3。
【文档编号】C08L25/06GK103665899SQ201310649947
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】朱朝辉, 姚华彦, 张玉斌 申请人:合肥工业大学